CN102179658B - 一种汽车制动器齿轮圈焊接方法以及使用该方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车制动器齿轮圈焊接方法以及使用该方法的装置，该装置包括机架、定位模板、焊枪、转角气缸、顶升气缸、伺服电机以及PLC控制电路，所述PLC控制电路分别与焊枪、转角气缸、顶升气缸、伺服电机电性连接，所述焊枪的数量为三，三焊枪的焊嘴与放置于定位模板上的汽车制动器齿轮圈的圆心的连线互成120°，所述转角气缸的数量为三，所述三个转角气缸与齿轮圈的圆心的连线互成120°。本发明具有焊缝均匀、焊角高度均匀、焊后变形小、焊接效率高的优点。

Description

一种汽车制动器齿轮圈焊接方法以及使用该方法的装置

技术领域

本发明涉及焊接技术，具体涉及一种汽车制动器齿轮圈焊接方法以及使用该方法的装置。

背景技术

如图1所示，为汽车制动器齿轮圈的结构示意图，齿轮圈包括齿圈101及盖盘102，把齿圈101与盖盘102焊接起来，就成为成品的齿轮圈。目前，汽车制动器齿轮圈的焊接方法，主要是双焊枪自动MIG/MAG焊接方式，双焊枪的焊嘴对称地固定在齿轮圈的焊接处（焊缝103），即两焊枪的焊嘴与齿轮圈的圆心位于同一直线上，然后利用定位模板、顶升气缸、转角气缸、伺服电机，对齿轮圈进行位置升降及旋转，完成焊接。

采用现有的焊接方式，齿轮圈焊接后往往会出现焊缝位置有偏差、焊角高度不均匀、焊接效率低等问题，更为严重的是焊后齿轮圈变形大，平面度超过0.3mm，需进行二次加工，给后面的工序带来很大的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供了一种焊缝均匀、焊角高度均匀、焊接效率高的汽车制动器齿轮圈焊接方法。

本发明的目的之二在于提供了一种焊缝均匀、焊角高度均匀、焊接效率高的汽车制动器齿轮圈焊接装置。

为了达到上述目的之一，本发明采用的技术方案如下：

一种汽车制动器齿轮圈焊接方法，包括以下步骤：

 ；

B）   转角气缸压紧齿轮圈；

C）   定位模板通过顶升气缸上升至焊接位置，三焊枪同时在齿轮圈的焊缝处焊接，三焊枪在焊接的同时，齿轮圈通过伺服电机旋转，所述三焊枪的焊嘴与齿轮圈的圆心的连线互成120°；

D）   三处焊缝焊接完毕；

E）   转角气缸松开，定位模板下降至起始位置。

作为优化选择，步骤B）中，所述转角气缸的数量为三，三个转角气缸同时压紧齿轮圈，所述三个转角气缸与齿轮圈的圆心的连线互成120°。

作为优化选择，步骤D）与步骤E）之间还有以下步骤：

d1）定位模板下降至旋转位置，齿轮圈通过伺服电机旋转60°；

d2）定位模板上升至焊接位置，三焊枪同时在齿轮圈的焊缝处焊接，三焊枪在焊接的同时，齿轮圈通过伺服电机旋转；

d3）另三处焊缝焊接完毕；

步骤E）中还有以下步骤：伺服电机回转到初始位置。

作为优化选择，步骤C）中，所述齿轮圈通过伺服电机旋转的旋转角度为12.8°，以控制焊缝长度。

为了达到上述目的之二，本发明采用的技术方案如下：

一种使用上述目的之一的焊接方法所采用的焊接装置，包括机架、定位模板、焊枪、转角气缸、顶升气缸、伺服电机以及PLC控制电路，所述PLC控制电路分别与焊枪、转角气缸、顶升气缸、伺服电机电性连接，所述焊枪的数量为三，三焊枪的焊嘴与放置于定位模板上的汽车制动器齿轮圈的圆心的连线互成120°。

作为优化选择，所述转角气缸的数量为三，所述三个转角气缸与齿轮圈的圆心的连线互成120°。

作为优化选择，所述伺服电机分别与定位模板、转角气缸机械传动连接，所述转角气缸安装于定位模板上。

作为优化选择，该焊接装置还包括分割器、工位转盘，所述PLC控制电路与分割器电性连接，所述分割器与工位转盘机械转动连接，所述工位转盘上开设有定位孔，所述定位模板安装于工位转盘的下方，定位模板的大小与定位孔的大小相匹配。

作为优化选择，所述定位孔的数量为四，均匀且对称分布于工位转盘上。

作为优化选择，所述工位转盘的中部安装有挡弧光板。

作为优选，焊枪的上方设置有废气抽排装置。

 本发明与现有技术相比，齿轮圈的夹紧定位采用三个转角气缸3点均布压紧，防止焊接变形；焊接采用三把MIG/MAG焊枪同时焊接，焊缝对称均匀，可抵消因焊接不对称和焊接先后产生的变形，焊接速度和焊缝长度由伺服电机控制，实现自动化；采用顶升气缸控制定位模板的升降，由PLC控制电路控制顶升位置，包括焊接位置、旋转位置、起始位置，确保焊接和转换的连续性，焊接顺序合理，节省时间，提高效率。采用设有四个定位孔的工位转盘进行上下料，分割器控制工位转盘转动，定位模板对定位孔上的齿轮圈的位置进行定位，具有定位准确的效果；焊接进行中的齿轮圈在上下料的定位孔的对面，工位转盘的中部安装有挡弧光板，有效防止灼伤人眼。

 附图说明

    图1为汽车制动器齿轮圈的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种汽车制动器齿轮圈焊接方法流程图；

图3为本发明实施例的一种汽车制动器齿轮圈焊接装置的结构示意图；

图4为图2的侧面结构示意图；

图5为焊缝处纵向残余应力分布图；

图6为现有技术的双焊枪焊接时的径向应力分布图；

图7为现有技术的双焊枪焊接时的切向应力分布图；

图8为本发明实施例焊接时的径向应力分布图；

图9为本发明实施例焊接时的切向应力分布图。

具体实施方式

如图2所示，一种汽车制动器齿轮圈焊接方法，包括以下步骤：

A）    人工上下料，把汽车制动器齿轮圈（包括齿圈及盖盘）放置于工位转盘的相应的定位孔上，工位转盘旋转，带动齿轮圈旋转至焊接工位，此时，定位模板处于起始位置，定位模板位于定位孔的正下方，也就是位于焊枪的正下方，而且定位模板的大小与定位孔的大小相匹配，即定位模板可穿过定位孔；

B）   定位模板通过顶升气缸上升至旋转位置，此时，齿轮圈也位于定位模板上，齿轮圈在定位模板的带动下，一同上升至旋转位置；此时，安装在定位模板上的三个转角气缸同时压紧齿轮圈，所述三个转角气缸与齿轮圈的圆心的连线互成120°；

C）    定位模板通过顶升气缸上升至焊接位置，三焊枪同时在齿轮圈的焊缝处焊接，三焊枪在焊接的同时，齿轮圈通过伺服电机旋转，旋转角度为12.8°，以控制焊缝长度，所述三焊枪的焊嘴与齿轮圈的圆心的连线互成120°；

D）   三处焊缝焊接完毕；

d1）定位模板下降至旋转位置，齿轮圈通过伺服电机旋转60°，所述伺服电机分别与定位模板、三个转角气缸机械传动连接，所述伺服电机的数量为一；

d2）定位模板上升至焊接位置，三焊枪同时在齿轮圈的焊缝处焊接，三焊枪在焊接的同时，齿轮圈通过伺服电机旋转12.8°；

d3）另三处焊缝焊接完毕；

E）   三转角气缸同时松开并与定位模板下降至起始位置，伺服电机也回转到初始位置；

F）   再重复步骤A）至E）。

如图3和图4所示，一种使用了上述焊接方法的焊接装置，包括机架1、定位模板4、焊枪2、转角气缸6、顶升气缸8、伺服电机7、分割器10、工位转盘5以及PLC控制电路。所述定位模板4安装于工位转盘5下方，所述定位模板4的数量为一。所述焊枪2为MIG/MAG焊枪。所述工位转盘5上开设有定位孔11，所述定位孔11的数量为四个，均匀且对称地分布于工位转盘5上，而且，定位模板4的大小与定位孔11的大小相匹配，即定位模板4可以穿过定位孔11，以使原处于定位孔11上的齿轮圈3可被上升的定位模板4承托起来。

定位模板4、焊枪2、转角气缸6、顶升气缸8、伺服电机7、分割器10、工位转盘5以及PLC控制电路都安装在机架1上。

所述PLC控制电路分别与焊枪2、转角气缸6、顶升气缸8、伺服电机7、分割器10电性连接。

所述PLC控制电路，用于启动焊枪2，进行焊接工作；用于控制顶升气缸8的顶升或下降动作，包括三位置的定位操作，分别是起始位置、旋转位置以及焊接位置；用于控制伺服电机7的转速以及旋转角度；用于控制分割器10的间歇运动。

所述焊枪2的数量为三，三焊枪2的焊嘴与位于定位模板4上的汽车制动器齿轮圈3的圆心的连线互成120°，即三焊枪2在焊接时，三焊接点与齿轮圈3的圆心的连线互成120°。

所述转角气缸6的数量为三，所述三个转角气缸6与齿轮圈3的圆心的连线互成120°，即转角气缸6在压紧齿轮圈3时，三个转角气缸6与齿轮圈3的压点，与齿轮圈3的圆心的连线互成120°。

所述分割器10与工位转盘5机械转动连接，具体为，分割器10可以通过齿轮组、轴承等带动工位转盘5转动，即工位转盘5可以通过分割器10实现间歇转动，分割器10对工位转盘5进行旋转控制，达到对定位孔11上的齿轮圈3精确定位的目的，即工位转盘5旋转，带动齿轮圈3转动至焊接工位，所述焊接工位是指齿轮圈3位于焊枪2的正下方的位置。

所述伺服电机7分别与定位模板4、转角气缸6机械传动连接，具体为，伺服电机7可以通过主同步带轮、同步带、从同步带轮、连接轴承等带动转角气缸6即定位模板4工作，以控制转角气缸6的角速度以及转动角度，实现焊接速度、焊缝长度的控制，且伺服电机7可以同时带动定位模板4一同旋转（例如，旋转60°）。

所述顶升气缸8也与定位模板4机械传动连接，即定位模板4可以通过顶升气缸8上升或下降。所述转角气缸6安装在定位模板4上，当定位模板4上升并承托起齿轮圈3时，转角气缸6可以实现压紧齿轮圈3的功能。

为了防止焊接时的强光灼伤人眼，所述工位转盘5的中部安装有挡弧光板。

为了提高工作环境的空气质量，焊枪2的上方设置有废气抽排装置9。

现结合图5-9，与现有技术进行对比分析，详述本实施例的突出效果。

 如图5所示，焊枪在对齿轮圈进行焊接时，齿轮圈焊缝处的纵向残余应力分布图，坐标系的上半部表示为拉应力101，坐标系的下半部表示为压应力102。

如图6和图7所示，现有技术的双焊枪焊接时,二焊接点A1、A2的受力情况为，二点焊接的径向应力σr1=σr2=σr,二点焊接的径向应力圆心合力为∑σro=2σr；二点焊接的切向应力为σθ1=σ’θ1=σθ2=σ’θ2，二点焊接的切向应力的峰值处103的峰值为σθmax=2σθ1。

如图8和图9所示，本实施例的三焊枪焊接时，三焊接点B1、B2、B3的受力情况为，三点焊接的径向应力σr3=σr4=σr5=σr，三点焊接的径向应力圆心合力∑σro=                                                σr；三点焊接的切向应力为σθ3=σ’θ3=σθ4=σ’θ4=σθ5=σ’θ5，三点焊接的切向应力的峰值处104的峰值为σθmax=σθ1。

结论：三点焊接的径向应力和切向应力比二点焊接的径向应力和切向应力小，相应产生的应力变形也小；三点对称压紧焊接时，热膨胀和冷收缩受三处自由度约束，齿轮圈焊后变形减少，即焊接齿轮圈时，约束点越多刚性越好，焊接后变形就越小。三处对称压紧焊接齿轮圈比二处压紧焊后变形要小。

通过上述分析，本实施例通过三个转角气缸对称地压紧齿轮圈，三焊枪同时施焊，间断跳焊的形式一次完成齿圈与盖盘的焊接，间断跳焊过程中三个转角气缸始终处于压紧刚性固定状态，促使焊接所产生的内应力合力一部分因对称抵消降低；另一方面，在压紧部位正好是内应力合力集中部位，由于压紧刚性固定，能有效约束焊接热膨胀和冷收缩带来的齿轮圈变形。

因此，本实施例的焊接方法，可有效的控制焊接变形，再配合较佳的焊接电源和焊接参数，使焊后齿轮圈的盖盘加工过端面，达到表面平面度≯0.2mm。

此外，本实施例的工位转盘只是能够达到较好的自动化效果，没有工位转盘，本实施例也能够完成焊接工作。

上述实施例只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域技术人员在本发明方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种汽车制动器齿轮圈焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

A）汽车制动器齿轮圈位于定位模板上，所述定位模板从起始位置通过顶升气缸上升至旋转位置；

B）转角气缸压紧齿轮圈；

C）定位模板通过顶升气缸上升至焊接位置，三焊枪同时在齿轮圈的焊缝处焊接，三焊枪在焊接的同时，齿轮圈通过伺服电机旋转，所述三焊枪的焊嘴与齿轮圈的圆心的连线互成120°；

D）三处焊缝焊接完毕；

E）转角气缸松开，定位模板下降至起始位置；

步骤D）与步骤E）之间还有以下步骤：

d1）定位模板下降至旋转位置，齿轮圈通过伺服电机旋转60°；

d2）定位模板上升至焊接位置，三焊枪同时在齿轮圈的焊缝处焊接，三焊枪在焊接的同时，齿轮圈通过伺服电机旋转；

d3）另三处焊缝焊接完毕；

步骤E）中还有以下步骤：伺服电机回转到初始位置。

2.如权利要求1所述的一种汽车制动器齿轮圈焊接方法，其特征在于，步骤B）中，所述转角气缸的数量为三，三个转角气缸同时压紧齿轮圈，所述三个转角气缸与齿轮圈的圆心的连线互成120°。

3.如权利要求1所述的一种汽车制动器齿轮圈焊接方法，其特征在于，步骤C）中，所述齿轮圈通过伺服电机旋转的旋转角度为12.8°，以控制焊缝长度。

4.一种使用如权利要求1所述焊接方法所采用的焊接装置，包括机架、定位模板、焊枪、转角气缸、顶升气缸、伺服电机以及PLC控制电路，所述PLC控制电路分别与焊枪、转角气缸、顶升气缸、伺服电机电性连接，其特征在于，所述焊枪的数量为三，三焊枪的焊嘴与放置于定位模板上的汽车制动器齿轮圈的圆心的连线互成120°；所述PLC控制电路，用于控制顶升气缸的顶升或下降动作，包括三位置的定位操作，分别是起始位置、旋转位置以及焊接位置。

5.如权利要求4所述的一种汽车制动器齿轮圈焊接装置，其特征在于，所述转角气缸的数量为三，所述三个转角气缸与齿轮圈的圆心的连线互成120°。

6.如权利要求4所述的一种汽车制动器齿轮圈焊接装置，其特征在于，所述伺服电机分别与定位模板、转角气缸机械传动连接，所述转角气缸安装于定位模板上。

7.如权利要求4所述的一种汽车制动器齿轮圈焊接装置，其特征在于，还包括分割器、工位转盘，所述PLC控制电路与分割器电性连接，所述分割器与工位转盘机械转动连接，所述工位转盘上开设有定位孔，所述定位模板安装于工位转盘的下方，定位模板的大小与定位孔的大小相匹配。

8.如权利要求7所述的一种汽车制动器齿轮圈焊接装置，其特征在于，所述定位孔的数量为四，均匀且对称分布于工位转盘上。

9.如权利要求7所述的一种汽车制动器齿轮圈焊接装置，其特征在于，所述工位转盘的中部安装有挡弧光板。